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KR102691910B1 - 패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 - Google Patents

패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 Download PDF

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KR102691910B1
KR102691910B1 KR1020210032046A KR20210032046A KR102691910B1 KR 102691910 B1 KR102691910 B1 KR 102691910B1 KR 1020210032046 A KR1020210032046 A KR 1020210032046A KR 20210032046 A KR20210032046 A KR 20210032046A KR 102691910 B1 KR102691910 B1 KR 102691910B1
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linear polarization
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polarization layer
pixel
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 화소를 포함하는 화소영역, 상기 화소영역을 제외한 나머지 영역으로 이루어지는 비화소영역을 갖는 화소기판 하부에 적층 형성되는 패턴화된 편광기판에 있어서, 베이스기재와, 베이스기재 상부에 패턴 형성되는 패턴편광층 및 베이스기재 상부의 전체 영역에 걸쳐 형성되는 λ/4 위상차판을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이장치가 개시된다.
본 발명에 따른 패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 의하면 코팅 방식으로 선편광층을 형성할 수 있으므로 화소영역 및 비화소영역에 적합한 편광특성 및 투과특성을 선편광층을 형성하는 물질을 적절히 선택함으로써 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있다.

Description

패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치{PATTERNED POLARIZING SUBSTRATE AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선형 편광판의 두께를 영역별로 단차지게 형성한 패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
유기이엘 디스플레이 및 액정 디스플레이에서는 외부에서 디스플레이 내부로 입사된 광이 디스플레이 내부에 형성된 금속층 등에 의해 반사된 후 다시 외부로 출광하게 되면 디스플레이에서 출사되는 영상이 약화되어 성능 저하를 발생시켜 시인성 및 컨트라스트를 저하시켜 표시 품질을 저하시킨다.
이를 해결하고자 디스플레이 소자 전면(全面)에 선형 편광판(linear polarizer) 및 λ/4 위상차판으로 형성되는 반사방지막을 부착하여 사용하고 있다. 그런데 이렇게 전면적으로 형성되는 반사방지막은 외부광에 의한 광 품질 저하를 막을 수는 있으나 유기이엘 등으로 구성된 광원으로부터 방사되는 광의 투과율이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 화소 영역에는 개구율을 높여 투과율을 증가시키고 화소 영역 외에만 반사방지막을 형성하는 방식으로 반사방지 특성이 우수하면서도 콘트라스트를 증가시킬 수 있는 패턴화된 반사방지막을 형성하자는 기술이 제시되고 있으나 구체적으로 적용할 수 있는 기술이 제시되지 못하고 있는 실정이다.
한국공개특허 제10-2006-0111622호 (2006.10.27 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 화소영역과 비화소영역에 각기 다른 특성을 갖는 반사방지막을 패턴 형성하여 휘도가 높으면서도 외부광에 의한 화상 품질 저하를 막을 수 있는 패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 화소를 포함하는 화소영역, 상기 화소영역을 제외한 나머지 영역으로 이루어지는 비화소영역을 갖는 화소기판 하부에 적층 형성되는 패턴화된 편광기판에 있어서, 베이스기재와, 베이스기재 상부에 패턴 형성되는 제3패턴선편광층 및 - 화소영역 하부에 형성되는 상기 제3패턴선편광층은 상기 비화소 영역 하부에 형성되는 상기 제3패턴선편광층보다 더 낮은 편광특성 및 높은 투과율을 갖도록 형성됨 - 제3패턴선편광층 상부에 전면적(全面的)으로 형성되는 λ/4 위상차판을 포함하고, 제3패턴선편광층은 제1선편광물질을 이용하여 상기 베이스기재 전면(全面)에 걸쳐 균일한 d3 두께로 형성되는 제3-1선편광층 및 제2선편광물질을 이용하여 상기 제3-1선편광층 상부에 최대 d4 두께로 패턴 형성되는 제3-2선편광층으로 구성되는 - 제3-2선편광층은 비화소영역 상부에서 d4 두께를 갖도록 형성되며, 상기 화소 영역 상부에서는 d4 보다 낮은 두께로 형성하여 높은 투과율을 갖도록 형성됨 - 것을 특징으로 하는 패턴화된 편광기판에 의하여 달성 가능하다.
본 발명에 따른 패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 의하면 코팅 방식으로 선편광층을 형성할 수 있으므로 화소영역 및 비화소영역에 적합한 편광특성 및 투과특성을 선편광층을 형성하는 물질을 적절히 선택함으로써 용이하게 형성할 수 있는 이점이 있다.
따라서 본 발명에 따른 패턴화된 편광기판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 의하면 RGB 서브 화소의 개구율을 조정하여 반사방지 효과는 그대로 유지하면서 콘트라스트를 개선하여 높은 품질의 영상을 제공할 수 있게 되었다. 또한 코팅 방식으로 선편광층을 형성하므로 유연 디스플레이에도 손쉽게 적용할 수 있게 되었다.
도 1은 마이크로 LED 디스플레이의 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 디스플레이 장치의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 디스플레이 장치의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 디스플레이 장치의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 디스플레이 장치의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 일 실시예의 디스플레이 장치의 단면도.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
마이크로엘이디(μLED) 디스플레이는 마이크로 사이즈의 LED를 광원으로 사용하는 디스플레이로서 기존 큰 사이즈의 LED에 비해 반응 속도가 빠르고, 낮은 전력, 높은 휘도를 지원하며, 휘어질 때 깨지지 않는 장점을 갖는다. 이러한 장점에 의해 초경량 무게를 필요로 하는 스마트워치, 스마트 섬유, 머리 착용 디스플레이(HMD) 기기 등에 응용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 유기이엘과 비교할 때 마이크로엘이디는 화소영역이 차지하는 개구율이 상대적으로 작기 때문에 전면적으로 형성되는 반사방지막을 채택할 경우 투과도가 현저히 낮아져서 출사되는 영상의 휘도 저하가 두드러지게 나타나게 된다.
도 1은 마이크로 LED 디스플레이의 평면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 화소가 형성되는 화소영역을 'A1'이라 부르고, 비화소영역을 'A2'로 부르기로 한다. 실선으로 표시된 화소영역(A1)은 도 1(a)에 도시한 바와 같이 r, g, b 서브 마이크로 LED를 하나의 세트로 지정하도록 형성될 수도 있으며, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 각 서브 화소별로 지정될 수도 있음은 물론이다. 비화소영역(A2)은 화소영역(A1)을 제외한 나머지 영역을 의미하며 비화소영역(A2)에는 픽셀 형성 회로부(11)가 대부분 포함된다.
삭제
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 디스플레이 장치의 단면도이다. 본 발명에 따른 패턴된 편광기판(60)은 베이스기재(50), 제1패턴선편광층(32) 및 전면 λ/4 위상차판(20)으로 구성된다. 패턴된 편광기판(60)은 화소가 형성된 화소기판(10)과 합지되어 디스플레이장치(100)를 형성한다. 도 2는 디스플레이장치(100)에서 형성된 영상 이미지가 아래 방향으로 조사되는 방식을 도시한 것이며, 도 3은 위 방향으로 조사하는 방식을 나타낸 것으로서 영상의 조사 방향은 설계시 용이하게 변경할 수 있음은 물론이다. 설명의 편의상 도 2를 기준으로 상하 방향을 표시하는 것으로 한다. 예를 들어, 도 2에서는 베이스기재(50) 상부에 제1패턴선편광층(32) 및 전면 λ/4 위상차판(20)이 순서대로 적층되는 것으로 설명하기로 한다.
베이스기재(50)는 유리 또는 투명 필름으로 형성된다. 제1패턴선편광층(32)은 베이스기재(50) 상에 노란색으로 표현된 포토 얼라인먼트층(Photo Alignment)을 도포한 후, 비화소영역(A2)과 대응되는 영역은 편광도 95% 이상으로 선편광층을 형성하고, 화소영역(A1)과 대응되는 영역은 편광도 0% 및 투과율 90%이상으로 선편광층을 패턴 형성함으로써 구현할 수 있다. 제1패턴선편광층(32)을 형성하는 하나의 방법은 베이스기재(50) 상부에 포토 얼라인먼트층을 도포한 후, 포토 얼라인머트층 상부에 제1패턴선편광층(32)을 전체적으로 고른 두께로 도포하고, 부분적으로 식각하여 패턴 형성할 수 있다.
다음으로 제1패턴선편광층(32) 상부에 포토 얼라인먼트층을 도포한 후 전면(全面) λ/4 위상차판(20)을 코팅 방식으로 형성한다. 또는 종래 유기이엘 또는 액정디스플레이 장치에서 반사방지막으로 사용되는 바와 같이 전면(全面) λ/4 위상차판(20)은 별도 공정을 통해 필름으로 제작한 후 제1패턴 편광층(32) 상부에 접착제를 이용하여 부착할 수 있다.
도 2 및 도 3에 제시된 실시예는 제1패턴선편광층(32)의 투과량을 조정하여 밝기를 향상 시킬 수 있으나, 화소영역(A1)의 투과율이 상대적으로 높아짐에 따라 외부광에 의한 시인성에 문제가 발생할 수 있어 화소영역(A1) 및 비화소영역(A2)에 대한 광학 특성 조정이 필요하다. 제1패턴선편광층(32)이 형성되지 않은 영역(A1)에서 외부로부터 입사된 광이 내부 전극 패턴 등에 의해 반사된 후 해당 영역(A1)을 통해 외부로 방사될 경우 영상 품질을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다.
삭제
λ/4 위상차판(20)을 갖는 패턴된 편광기판(60)은 별도 제작된 화소기판(10)과 일정 거리 이격된 상태로 합지되어 디스플레이장치(100)를 형성한다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 디스플레이 장치의 단면도이다. 도 2에 제시된 실시예와 차이점은 제1패턴선편광층(32) 대신에 제2패턴선편광층(34)을 적용한 것이다. 제2패턴선편광층(34)은 베이스기재(50) 상에 노란색으로 표현된 포토 얼라이먼트층(Photo Alignment)을 도포하고, 포토 얼라인먼트층 상부에 화소영역(A1)과 대응되는 영역에는 선편광 물질을 d1 높이로 적층시키고, 비화소영역(A2)과 대응되는 영역에는 선편광 물질을 'd1+d2' 높이로 적층시켜 형성하는 것이다. 제2패턴선편광층(34)은 포토 얼라인먼트층 상부에 선편광 물질을 'd1+d2' 두께로 도포한 후, 마스크를 이용하여 UV 조사에너지를 조절하여 화소영역(A1)에 도포된 선평광물질을 d2 깊이만큼 제거하는 방식으로도 패턴 형성할 수 있다. 전면(全面) λ/4 위상차판(20)은 도 2에서 설명한 바와 동일하게 접착 또는 코팅 방식으로 형성할 수 있다.
도 4의 실시예의 경우 두께 d2는 두께 d1과 같거나 보다 두껍게 형성하는 것이 비화소영역(A2)의 선편광 효율을 높게 유지할 수 있다. 도 4와 같은 실시예에서도 한 가지 재료로 화소영역(A1) 및 비화소영역(A2) 상부에 선편광층을 형성하므로 광학적 특성을 조절하거나 구조적인 문제점이 발생될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 디스플레이 장치의 단면도이다. 도 4에 제시된 실시예와 차이점은 제2패턴선편광층(34)에서 비화소영역(A2) 상에 형성되는 제2패턴선편광층(34)과 화소영역(A1) 상에 형성되는 제2패턴선편광층(34)의 높이 차이로 인해 생기는 빈 공간을 광투과 물질로 채우는 평탄화막(38)을 추가적으로 더 형성하는 것이다.
제2패턴선편광층(34)은 베이스기재(50) 상에 노란색으로 표현된 포토 얼라인먼트층(Photo Alignment)을 도포하고, 포토 얼라인먼트층 상부에 화소영역(A1)과 대응되는 영역에는 선편광 물질을 d1 높이로 적층시키고, 비화소영역(A2)과 대응되는 영역에는 선편광 물질을 'd1+d2' 높이로 적층시켜 형성하는 것이다. 제2패턴선편광층(34)은 포토 얼라인먼트층 상부에선편광 물질을 'd1+d2' 두께로 도포한 후, 마스크를 이용하여 UV 조사에너지를 조절하여 화소영역(A1)에 도포된 선평광물질을 d2 깊이만큼 제거하는 방식으로도 패턴 형성할 수 있다.
다음으로 제2패턴선편광층(34) 상부에 평탄화막(38)을 형성하면, 도 5와 같이 제2패턴선편광층(34) 상부가 평탄화된다. 평탄화막(38)은 패턴선평광층(34)의 빈 공간을 채워서 λ/4 위상차판(20)에 대한 균일성을 높이고 패턴선평광층(34)을 보호하는 기능을 제공한다. 그런 후 평탄화막(38) 상부에 전면(全面) λ/4 위상차판(20)은 도 2에서 설명한 바와 동일하게 접착 또는 코팅 방식으로 형성할 수 있다.
도 4의 실시예의 경우 두께 d2는 두께 d1과 같거나 보다 두껍게 형성하는 것이 비화소영역(A2)의 선편광 효율을 높게 유지할 수 있다. 도 4와 같은 실시예에서도 한 가지에 재료로 화소영역(A1) 및 비화소영역(A2) 상부에 선편광층을 형성하므로 광학적 특성을 조절하거나 구조적인 문제점이 발생될 수도 있다.
이러한 평탄화막은 빈 공간을 갖는 패턴 형성되는 선편광층이면 어디에도 적용 가능하다. 따라서 도 2 및 도 3에 제시된 패턴선편광층에도 적용 가능함은 물론이다.

도 6은 본 발명에 따른 일 실시예의 디스플레이 장치의 단면도이다. 도 2에 제시된 실시예와 차이점은 제1패턴선편광층(32) 대신에 제3패턴선편광층(36)을 적용한 것이다. 제3패턴선편광층(36)은 베이스기재(50) 상에 노란색으로 표현된 포토 얼라인먼트층(Photo Alignment)을 도포하고, 포토 얼라인먼트층 상부에 제1선편광 물질을 d3 두께로 도포하여 제3-1선편광층(33)을 형성한다. 그런 후, 제1선평광층(33) 상부에 제2선편광물질을 d4 두께로 도포한 후, 화소영역(A1)에 대응되는 제2선편광물질을 식각하여 제거함으로써 제3-2선편광층(35)을 형성함으로써 제작 가능하다. 전면(全面) λ/4 위상차판(20)은 도 2에서 설명한 바와 동일하게 접착 또는 코팅 방식으로 형성할 수 있다. 전면(全面) λ/4 위상차판(20)을 코팅방식으로 형성할 경우에는 제3패턴선편광층(36)에 형성되는 공간(31)은 광투과물질로 충진하는 것이 바람직하다.
삭제
제3-1선편광층(33)은 이색성 염료가 함유된 편광재료에 소재 구성요소를 제어하여 편광도를 낮추고 투과율을 높이거나, 코팅 두께를 조정하여 편광도를 30%이하 투과율 70% 이상을 갖도록 구현된다. 제3-1선편광층(33) 상부에 형성되는 제3-2선편광층(35)은 제3-1선편광층(33)과 중첩된 영역에서 편광도가 95%, 더 바람직하게는 99% 이상을 갖도록 형성될 수 있다. 도 6에 제시된 실시예의 경우 탁월한 반사방지 효과를 나타내면서, 마이크로 엘이디에 RGB Sub 화소 개구율을 상대적으로 향상시켜 전체적으로 콘트라스트 비율을 높일 수 있다. 이때 구현하고자 하는 RGB 각 영역에 맞게 각 Layer에 대한 편광도와 투과율을 제어할 수 있는 장점이 있다. 각 layer 광축은 0~45°로(설계에 따라 변경 가능) 구현하며, 화소영역(A1) 및 비화소영역(A2)에 형성되는 선편광층의 평면 형상은 사각형, 원형, 타원 등 요구되는 형상으로 구현 가능하다.
종합하면, 본 발명에 의하면 화소영역(A1)에 대응되는 영역에는 편광도는 낮고 투과율은 높게 형성하고, 비화소영역(A2)과 대응되는 영역에는 편광도는 높고 투과율은 낮게 형성하는 것을 구현 가능하게 한다. 특히, 마이크로엘이디의 경우 화소영역(A1)의 면적이 비화소영역(A2)의 면적보다 넓기 때문에 본 발명이 다른 디스플레이장치에 비해 더 좋은 효과를 볼 수 있다.
λ/4 위상차판을 형성할 때 역분산 액정을 사용하는 것이 바람직하나 정분산 액정을 사용하여 구현하여도 무방하다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 화소기판 20: λ/4 위상차판
32: 제1패턴선편광층 33: 제3-1선편광층
35: 제3-2선편광층 36: 제3패턴선편광층
38: 평탄화막
50: 베이스기재 60: 편광기판
100:디스플레이장치

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 화소를 포함하는 화소영역, 상기 화소영역을 제외한 나머지 영역으로 이루어지는 비화소영역을 갖는 화소기판 하부에 적층 형성되는 패턴화된 편광기판에 있어서,
    베이스기재와,
    상기 베이스기재 상부에 패턴 형성되는 제3패턴선편광층 및
    - 상기 화소영역 하부에 형성되는 상기 제3패턴선편광층은 상기 비화소 영역 하부에 형성되는 상기 제3패턴선편광층보다 더 낮은 편광특성 및 높은 투과율을 갖도록 형성됨 -
    상기 제3패턴선편광층 상부에 전면적(全面的)으로 형성되는 λ/4 위상차판을 포함하고,
    상기 제3패턴선편광층은
    제1선편광물질을 이용하여 상기 베이스기재 전면(全面)에 걸쳐 균일한 d3 두께로 형성되는 제3-1선편광층 및
    제2선편광물질을 이용하여 상기 제3-1선편광층 상부에 최대 d4 두께로 패턴 형성되는 제3-2선편광층으로 구성되며,
    - 상기 제3-2선편광층은 비화소영역 상부에서 d4 두께를 갖도록 형성되며, 상기 화소 영역 상부에서는 d4 보다 낮은 두께로 형성하여 높은 투과율을 갖도록 형성됨 -
    상기 제3-1선편광층은 상기 베이스기재 및 상기 제3-2선편광층 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 패턴화된 편광기판.
  5. 제4항의 패턴화된 편광기판과,
    상기 패턴화된 편광기판과 합지되며 복수 개 화소를 갖는 화소기판을 포함하는 디스플레이장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 화소는 마이크로엘이디로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제3패턴선편광층과 상기 λ/4 위상차판 사이에는 투명한 광투과 물질로 제3패턴선편광층 상부를 평탄화하는 평탄화막이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 패턴화된 편광기판.
  8. 제7항의 패턴화된 편광기판과,
    상기 패턴화된 편광기판과 합지되며 복수 개 화소를 갖는 화소기판을 포함하는 디스플레이장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 화소는 마이크로엘이디로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제3-1선편광층은 30%이하 편광도 및 70% 이상의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴화된 편광기판.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제3-1선편광층은 30%이하 편광도 및 70% 이상의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴화된 편광기판.
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